JP2019509104A - 電気機械式外科用システム及びそのロボット外科用器具 - Google Patents
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Abstract
電気機械式エンドエフェクタを作動させるためのロボット外科用器具は、ハウジング、第1の入力駆動装置、第2の入力駆動装置、及びシャフト組立体を含む。ハウジングは、器具駆動ユニットに連結されるように構成された近位端部を有する。第1及び第2の入力駆動装置は、ハウジング内に回転可能に配設されており、かつ器具駆動ユニットのそれぞれの第1及び第2のモータに駆動的に連結されるように構成されている。シャフト組立体は、ハウジング内から遠位に延在しており、かつシャフト及びロッドを含む。シャフトは、遠位端部、ならびに第1及び第2の入力駆動装置に動作可能に連結された近位端部を有する。ロッドは、シャフトの遠位端部に螺合的に連結された近位端部を有する。第1及び第2の入力駆動装置の回転が、シャフトを回転させて、シャフトに対するロッドの軸方向の動きをもたらす。【選択図】図5
Description
関連出願の相互参照
本願は、2016年3月4日に出願された、米国仮特許出願第62/303,695号の利益及びその優先権を主張し、その全体的な開示は、参照により本明細書に組み込まれる
本願は、2016年3月4日に出願された、米国仮特許出願第62/303,695号の利益及びその優先権を主張し、その全体的な開示は、参照により本明細書に組み込まれる
ロボット外科用システムは、最小侵襲的医療手技において使用されている。いくつかのロボット外科用システムは、外科用ロボットアームを支持するコンソールと、ロボットアームに取り付けられた少なくとも1つのエンドエフェクタ(例えば、鉗子または把持ツール)を含む外科用器具とを含んだ。ロボットアームは、その操作及び動きのために外科用器具に機械的電力を提供した。各ロボットアームは、外科用器具に動作可能に接続される複数のモータを有する器具駆動ユニットを含んだかもしれない。
器具駆動ユニットの1つのモータを使用して、外科用器具のねじロッドを回転させ、次に、エンドエフェクタの顎部の開閉及び/またはエンドエフェクタのステープル留め機能をもたらした。ねじロッドが回転する速度は、エンドエフェクタの顎部が開閉する速度に直接比例した。しかしながら、既存の器具駆動ユニットは、ステープル留め及び/または切断機能を行うのに十分なトルクも提供しながら、所望の動作速度でエンドエフェクタの顎部を開閉することはない。
本開示の態様によると、電気機械式エンドエフェクタを作動させるためのロボット外科用器具を提供する。ロボット外科用器具は、ハウジング、第1の入力駆動装置、第2の入力駆動装置、及びシャフト組立体を含む。ハウジングは、器具駆動ユニットに連結されるように構成された近位端部を有する。第1の入力駆動装置は、ハウジング内に回転可能に配設されており、かつ器具駆動ユニットの第1のモータに駆動的に連結されるように構成されている。第2の入力駆動装置は、ハウジング内に回転可能に配設されており、かつ器具駆動ユニットの第2のモータに駆動的に連結されるように構成されている。シャフト組立体は、ハウジング内から遠位に延在しており、かつシャフト及びロッドを含む。シャフトは、遠位端部、ならびに第1及び第2の入力駆動装置に動作可能に連結された近位端部を有する。ロッドは、シャフトの遠位端部に螺合的に連結された近位端部を有する。第1及び第2の入力駆動装置の回転が、シャフトを回転させて、シャフトに対してロッドの軸方向の動きをもたらす。
いくつかの実施形態において、シャフト組立体のシャフトは、長手方向軸を画定し得、第1及び第2の入力駆動装置は、長手方向軸に対して平行に、かつ長手方向軸からオフセットされて配向され得る。
第1及び第2の入力駆動装置の各々は、歯車を含み得ることが企図される。シャフト組立体のシャフトはまた、第1及び第2の入力駆動装置の各々の歯車がシャフトの歯車に回転運動を伝達するように、第1及び第2の入力駆動装置の各々の歯車と動作可能に係合している歯車を含み得る。シャフトの歯車ならびに第1及び第2の入力駆動装置の各々の歯車は、平歯車であり得る。
第1及び第2の入力駆動装置の各々は、器具駆動ユニットの第1のモータ及び第2のモータのそれぞれの1つに駆動的に連結されるように構成された連結器を含み得ることが想定される。
いくつかの態様において、ロッドの近位端部は、シャフトの遠位端部内に配設され得、シャフトが回転するときに回転するのを防止され得る。
いくつかの実施形態において、ロボット外科用器具は、シャフト組立体のロッドの遠位端部に動作可能に連結されたエンドエフェクタをさらに含み得る。エンドエフェクタは、一対の対向する顎部材であって、ロッドが軸方向に動くと、一対の対向する顎部材の間の間隙の大きさが変わり、かつそこからステープルを発射するように構成されている、一対の対向する顎部材を含み得る。
本開示の別の態様において、ロボットシステムと共に使用するための電気機械式外科用システムを提供する。電気機械式外科用システムは、第1のモータ及び第2のモータを含む器具駆動ユニットと、ロボット外科用器具とを含む。ロボット外科用器具は、ハウジング、第1の入力駆動装置、第2の入力駆動装置、及びシャフト組立体を含む。ハウジングは、器具駆動ユニットに連結されるように構成された近位端部を有する。第1の入力駆動装置は、ハウジング内に回転可能に配設されており、かつ器具駆動ユニットの第1のモータに駆動的に連結されるように構成されている。第2の入力駆動装置は、ハウジング内に回転可能に配設されており、かつ器具駆動ユニットの第2のモータに駆動的に連結されるように構成されている。シャフト組立体は、ハウジング内から遠位に延在している。シャフト組立体は、シャフト及びロッドを含む。シャフトは、遠位端部、ならびに第1及び第2の入力駆動装置に動作可能に連結された近位端部を有する。ロッドは、シャフトの遠位端部に螺合的に連結された近位端部を有する。第1及び第2のモータの作動による第1及び第2の入力駆動装置の回転が、シャフトを回転させて、シャフトに対するロッドの軸方向の動きをもたらす。
いくつかの実施形態において、シャフト組立体のシャフトは、長手方向軸を画定し得、ロボット外科用器具の第1及び第2の入力駆動装置は、長手方向軸に対して平行に、かつ長手方向軸からオフセットされて配向され得る。
ロボット外科用器具の第1及び第2の入力駆動装置の各々は、歯車を含み得ることが企図される。シャフト組立体のシャフトはまた、第1及び第2の入力駆動装置の各々の歯車がシャフトの歯車に回転運動を伝達するように、第1及び第2の入力駆動装置の各々の歯車と動作可能に係合している歯車を含み得る。シャフトの歯車ならびに第1及び第2の入力駆動装置の歯車は、平歯車であり得る。
ロボット外科用器具の第1及び第2の入力駆動装置の各々は、連結器を含み得ることが想定される。器具駆動ユニットは、第1の駆動連結器及び第2の駆動連結器を含み得る。第1の駆動連結器は、第1のモータから延在し得、かつロボット外科用器具の第1の入力駆動装置の連結器に駆動的に連結されるように構成され得る。第2の駆動連結器は、第2のモータから延在し得、かつロボット外科用器具の第2の入力駆動装置の連結器に駆動的に連結されるように構成され得る。
いくつかの態様において、ロッドの近位端部は、シャフトの遠位端部内に配設され得、シャフトが回転するときに回転することを防止され得る。
いくつかの実施形態において、ロボット外科用器具は、シャフト組立体のロッドの遠位端部に動作可能に連結されたエンドエフェクタをさらに含み得る。エンドエフェクタは、一対の対向する顎部材であって、ロッドが軸方向に動くと、一対の対向する顎部材の間の間隙の大きさが変わり、かつそこからステープルを発射するように構成されている、一対の対向する顎部材を含み得る。電気機械式外科用システムは、器具駆動ユニットの第1のモータ及び第2のモータを作動させて、一対の対向する顎部材からステープルを発射するように構成されたプロセッサをさらに含み得る。プロセッサは、器具駆動ユニットの第1または第2のモータの少なくとも1つを独立して作動させて、一対の対向する顎部材を動かすように構成され得る。
いくつかの態様において、第1のモータ及び第2のモータは、第1のモータ及び第2のモータが同時に作動すると、第1及び第2のモータが、合わせて最大トルク2Tを生成するように、最大トルクTを生成するように各々構成され得る。
添付の図を参照して、例示的な本開示の実施形態のさらなる詳細及び態様を、下により詳細に記載する。
本明細書で使用される場合、平行及び垂直という用語は、正確な平行及び正確な垂直から最大約+または−10度まで、略平行及び略垂直である相対的な構成を含むことが理解される。
添付の図を参照して、本開示の実施形態を本明細書に記載する。
いくつかの図の各々において同様の符号が同一または対応する要素を指定している図を参照して、電気機械式エンドエフェクタを作動させるための電気機械式外科用システム、及びその方法を含む本開示のロボット外科用システムの実施形態を、詳細に記載する。本明細書で使用される場合、「遠位」という用語は、ユーザからより遠い、ロボット外科用システム、器具駆動ユニット、ロボット外科用器具、電気機械式エンドエフェクタ、もしくはそれらの構成要素の当該部分を指し、「近位」という用語は、ユーザからより近い、ロボット外科用システム、器具駆動ユニット、ロボット外科用器具、電気機械式エンドエフェクタ、またはそれらの構成要素の当該部分を指す。
図1〜5を参照して詳細に記載されるように、本開示は、外科用器具、例えば、ロボット外科用システムと共に使用するためのロボット外科用器具を対象とする。ロボット外科用器具は、下に詳細に記載されるように、ロボット外科用器具のエンドエフェクタの一定の機能の作動を共に駆動させる少なくとも2つのモータを有する器具駆動ユニットを含む。いくつかの実施形態において、例えば、手持ち式外科用ステープル留め装置の単一発射ロッドを共に駆動させる複数のモータを有する手持ち式外科用ステープル留め装置等の手持ち式外科用器具を提供し得る。
最初に図1及び2を参照すると、例えば、ロボット外科用システム1等の外科用システムは、概して、複数の外科用ロボットアーム2、3であって、そこに取り外し可能に取り付けられたロボット外科用器具100を有する複数の外科用ロボットアーム2、3と、制御装置4と、制御装置4と連結された操作コンソール5と、を含む。
操作コンソール5は、特に3次元画像を表示するように設定された表示装置6と、手動入力装置7、8であって、該装置を介して、原則的に当業者に知られているように、ヒト(図示せず)、例えば、外科医が、第1の動作モードでロボットアーム2、3を遠隔操作することができる、手動入力装置7、8と、を含む。ロボットアーム2、3の各々は、関節を通して接続される複数の部材から構成され得る。ロボットアーム2、3は、制御装置4に接続される電気駆動装置(図示せず)により駆動され得る。制御装置4(例えば、コンピュータ)は、ロボットアーム2、3、それらの器具駆動ユニット20、よってロボット外科用器具100(電気機械式エンドエフェクタ200を含む、図6及び7)が手動入力装置7、8を介して定義される動きに従って所望の動きを実行するように、特にコンピュータプログラムを介して駆動装置を作動させるように設定される。制御装置4はまた、ロボットアーム2、3及び/または駆動装置の動きを制御するように、設定され得る。
ロボット外科用システム1は、外科用器具、例えば、ロボット外科用器具100を介して、最小侵襲的な方法で治療される手術台「ST」上に横たわる患者「P」上で使用するように構成されている。ロボット外科用システム1はまた、2つ超のロボットアーム2、3を含んでもよく、追加のロボットアームは、同様に、制御装置4に接続され、かつ操作コンソール5を介して遠隔操作可能である。外科用器具、例えば、ロボット外科用器具100(電気機械式エンドエフェクタ200を含む、図6及び7)はまた、追加のロボットアームに取り付けられ得る。
制御装置4は、ロボット外科用器具100の駆動部材の相対的な回転を駆動させて、ロボット外科用器具100の各電気機械式エンドエフェクタ200の操作及び/または動きをもたらすように構成された各モータを有する、複数のモータ(モータ1・・・n)を制御し得る。制御装置4は、それぞれの電気機械式エンドエフェクタ200の操作及び/または動きを調製するために、種々のモータ(モータ1・・・n)の作動を調製して、器具駆動ユニット20の駆動部材(図示せず)の時計回りもしくは反時計回りの回転を調整することが企図される。実施形態において、各モータは、駆動ロッドもしくはレバーアームを作動させて、ロボット外科用器具100の各電気機械式エンドエフェクタ200の操作及び/または動きをもたらすように構成され得る。
ロボット外科用システムの構造及び操作についての詳細な考察については、発明の名称が「Medical Workstation」である、米国特許第8,828,023号を参照し得、その全体的な内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
図2及び3を参照すると、ロボット外科用システム1は、ロボットアーム2、器具駆動ユニット20、及びロボット外科用器具100を含む、電気機械式外科用システム30を含む。電気機械式外科用システム30の器具駆動ユニット20は、ロボット外科用器具100に連結されるように構成されており、ロボット外科用器具100は、ロボットアーム2と、またはこれに連結されるように構成されている。器具駆動ユニット20は、ロボット外科用器具100に給電するように構成されている。器具駆動ユニット20は、そのモータ、例えば、第1のモータM1及び第2のモータM2からロボット外科用器具100に電力及び作動力を伝達して、最終的に、ロボット外科用器具100の電気機械式エンドエフェクタ200(図6及び7)の構成要素の動き、例えば、ナイフ刃(図示せず)の動き、及び/または電気機械式エンドエフェクタ200の顎部材202a、202bの開閉を駆動させる。
第1のモータM1は、マスターモータとして構成され得、第2のモータM2は、第1及び第2のモータM1、M2が同調して動作するように、マスターモータM1により出力されるトルクの量に合わせるスレーブモータとして構成され得る。第1及び第2のモータM1、M2は、第2のモータM2が、任意の所与の時間で第1のモータM1と同じトルクを生成して、最終的に、ロボット外科用器具100の第1及び第2の入力駆動装置108、110を同じ速度で回転させるように、第1及び第2のモータM1、M2を同期化するプロセッサ「P」を介して互いに通信している。第1及び第2のモータM1、M2は、第1及び第2のモータM1、M2が同時に作動すると、第1及び第2のモータM1、M2が合わせて最大トルク2Tを生成するように、それらの大きさに従って最大トルクTを生成し、かつ製造するように各々構成されている。いくつかの実施形態において、器具駆動ユニット20は、器具駆動ユニット20が2Tよりも大きいトルクを生成し得るように、複数のスレーブモータを含み得る。
実施形態において、特定の量のトルクが、器具駆動ユニット20により出力されるように所望されるとき(例えば、臨床医または制御装置4により決定されるように)、プロセッサは、第1及び第2のモータM1、M2により出力されたトルクを合わせたトルクが所望のトルクと一致するように、第2のモータM2に、所望のトルクと第1のモータM1により出力されるトルクとの間の差に等しいトルクを出力させるように構成され得る。実施形態において、第2のモータM2は、一定のトルクを出力するように構成され得、第1のモータM1は、最大所望のトルクまで、器具駆動ユニット20により出力される総トルクをもたらすトルクの量を出力するように構成され得る。
器具駆動ユニット20は、出力シャフト22、24が互いに対して独立して回転可能であるように、それぞれの第1及び第2のモータM1、M2に取り付けられた複数の回転可能な出力シャフト22、24を含む。いくつかの実施形態において、器具駆動ユニット20は、2つ超のモータ、例えば、3つまたは4つのモータであって、各々がそれらに回転可能に取り付けられるそれぞれの出力シャフトを有する、2つ超のモータ、例えば、3つまたは4つのモータを含み得る。実施形態において、第1のモータM1は、マスターモータであり得、2つ以上のモータは、スレーブモータとして機能し得る。器具駆動ユニット20は、第1及び第2の駆動連結器26、28が、それぞれ、第1及び第2のモータM1、M2から延在するように、それぞれの第1及び第2の出力シャフト22、24に回転不能に取り付けられた第1の駆動連結器26及び第2の駆動連結器28を有する。第1及び第2の駆動連結器26、28は、ロボット外科用器具100のそれぞれの第1及び第2の入力駆動装置108、110(図4)に駆動的に連結するように構成された機械的インターフェース26a、28a、例えば、複数の歯部または冠歯車を有する。このように、下に詳細に記載されるように、第1及び第2のモータM1、M2の作動が、ロボット外科用器具100が器具駆動ユニット20に動作可能に係合されたときに、互いに同じ速度でのロボット外科用器具100の第1及び第2の入力駆動装置108、110の回転をもたらす。
器具駆動ユニット20は、センサ、例えば、第1及び第2のモータM1、M2に接続されたトルクトランスデューサ32を含む。トルクトランスデューサ32は、それらの動作中に、モータM1、M2により出力されるトルクの量を検知する。器具駆動ユニット20のプロセッサ「P」は、トルクトランスデューサ32と通信して、トルクトランスデューサ32により検知されるトルクの量に基づき、第1及び/または第2のモータM1、M2により出力される電力の量を制御する。具体的には、エンドエフェクタ200の一定の機能、例えば、組織のステープル留め及び/または組織の切断を実行するために追加のトルクが必要とされるとき、プロセッサ「P」は、第2のモータM2(第1のモータM1と同時に動作するように)を作動させて、第2のモータM2に、第1のモータM1と同じトルクを生成させるだろう。
さらに、器具駆動ユニット20は、ロボット外科用器具100のシャフト組立体120(図5)の発射力及び後退力の両方を検出及び測定することができるセンサ(例えば、圧力センサ)(図示せず)を含む。プロセッサ「P」は、圧力センサと通信し、圧力センサにより検知される力の量が、組織がクランプされ、かつステープル留めの準備ができたことを示すときに、第1及び第2のモータM1、M2の両方を同時に作動させるように構成されている。プロセッサ「P」はまた、圧力センサにより検知される力の量が、電気機械式エンドエフェクタ200の顎部202a、202b間に組織がクランプされていないことを示すときに、1つのみの第1のモータM1を作動させるように構成されている。
このように、トルクTは、電気機械式エンドエフェクタ200の顎部202a、202b間に配設された組織をクランプ及びアンクランプするために、器具駆動ユニット20により出力され、トルク2Tは、電気機械式エンドエフェクタ200の顎部202a、202b間にクランプされた組織をステープル留め及び/または切断するために、器具駆動ユニット20により出力される。トルクトランスデューサ32、圧力センサ、及び/またはプロセッサ「P」は、電気機械式外科用システム30の構成要素のうちのいずれかに配設され得ることが企図される。臨床医は、電気機械式エンドエフェクタ200への所望の効果、例えば、クランピング/アンクランピング、もしくはステープル留め/切断に応じて、第1のモータM1、第2のモータM1、もしくは第1及び第2のモータM1、M2を同時に作動させ得ることが企図される。いくつかの実施形態において、器具駆動ユニット20は、組織をステープル留め及び/もしくは切断するために、トルク2T超もしくは未満を出力するように構成され得る。
図4及び5を参照すると、ロボット外科用器具10は、概して、ロボット外科用器具100と、ロボット外科用器具100から遠位に延在している電気機械式エンドエフェクタ200と、を含む。
ロボット外科用器具100は、ハウジング102と、ハウジング102内から遠位に延在しているシャフト組立体120と、を含む。ロボット外科用器具100のハウジング102は、略円筒状の構成を有し、かつ器具駆動ユニット20に連結されるように構成された近位端部102a、及び遠位端部102bを有する。実施形態において、ハウジング102は、ロボットアーム2の遠位端部2aを受容するのに好適な任意の形状であり得る。ハウジング102は、ロボット外科用器具100の種々の構成要素を収容する空洞105を画定している。ハウジング102の近位端部102aは、各々がハウジング102の空洞105内に回転可能に配設されており、かつシャフト組立体120により画定された長手方向軸「X」と平行に整列して延在している第1の入力駆動装置108及び第2の入力駆動装置110を支持している。いくつかの実施形態において、ハウジング102は、2つ超の入力駆動装置を含み得る。ロボット外科用器具100の第1及び第2の入力駆動装置108、110は、ロッド形状であるものとして図示されているが、任意の他の好適な形状を取り得ることが企図される。
ロボット外科用器具100の第1及び第2の入力駆動装置108、110は、近位端部及び遠位端部を各々有する。第1及び第2の入力駆動装置108、110の各々の近位端部は、ハウジング102aの近位端部に配設された近位連結器108a、110a、例えば、冠歯車を含む。第1及び第2の入力駆動装置108、110の各々の近位連結器108a、110aは、器具駆動ユニット20のそれぞれの第1及び第2の駆動連結器26、28の機械的インターフェース26a、28a(図3)に着脱可能に回転不能に連結されるように構成されている。このように、器具駆動ユニット20をロボット外科用器具100のハウジング102と接続させるとき、ロボット外科用器具100の第1及び第2の入力駆動装置108、110は、器具駆動ユニット20のそれぞれの第1及び第2のモータM1、M2に駆動的に連結される。いくつかの実施形態において、ロボット外科用器具100の近位連結器108a、110aは、斜歯歯車、ベルト駆動組立体、または第1及び第2の入力駆動装置108、110と器具駆動ユニット20との間で回転運動を伝達するための任意の他の好適な機構を介して、器具駆動ユニット20のそれぞれの第1及び第2の駆動連結器26、28に接続され得る。第1及び第2の入力駆動装置108、110の各々の遠位端部は、遠位連結器108b、110b、例えば、平歯車を含む。ロボット外科用器具100の第1及び第2の入力駆動装置108、110の各々の遠位連結器108b、110bは、ロボット外科用器具100のシャフト組立体120の歯車126と噛み合い係合している。
よって、器具駆動ユニット20の第1及び第2のモータM1、M2が同時に作動すると、器具駆動ユニット20の第1及び第2の駆動連結器26、28が回転し、結果として、ハウジング102の第1及び第2の近位連結器108a、110aを介したロボット外科用器具100の第1及び第2の入力駆動装置108、110の同時の回転を生じる。ロボット外科用器具100のハウジング102の第1の入力駆動装置108及び/または第2の入力駆動装置110の回転が、シャフト組立体120の内部シャフト124の回転を駆動させて、最終的に電気機械式エンドエフェクタ200の顎部材202a、202bの開閉、顎部材202a、202bからのステープル(図示せず)の発射、及び/または電気機械式器具200のナイフ刃(図示せず)の作動を生じる。いくつかの実施形態において、ロボット外科用器具100の遠位連結器108b、110bは、斜歯歯車、ベルト駆動組立体、または第1及び第2の入力駆動装置108、110とシャフト組立体120との間で回転運動を伝達するための任意の他の好適な機構を介して、シャフト組立体120に接続され得る。
いくつかの実施形態において、第2の入力駆動装置110は、第2の入力駆動装置110の遠位連結器110bが内部シャフト124の歯車126と噛み合い係合していない第1の位置と、第2の入力駆動装置110の遠位連結器110bが内部シャフト124の歯車126と噛み合い係合している第2の位置との間で移動可能である。このように、電気機械式エンドエフェクタ200の機能を作動させるために、より多くのトルクが必要とされるとき、第2の入力駆動装置110は、第1の位置から第2の位置へと移動され得る。追加のトルクが必要とされないとき、第2の入力駆動装置110は、第1の位置へと移動され得る。
上記のように、ロボット外科用器具100は、ハウジング102内から遠位に延在しているシャフト組立体120を含む。シャフト組立体120は、器具駆動ユニット20を、電気機械式エンドエフェクタ200の顎部材202a、202b及び電気機械式エンドエフェクタ200のステープルアクチュエータ(図示せず)と動作可能に相互連結する。シャフト組立体120は、概して、外部管または外部シャフト122、内部シャフト124、及びねじロッド130を含む。外部シャフト122は、電気機械式エンドエフェクタ200の一方または両方の顎部材202a、202bに機械的に取り付けられた近位端部122a、遠位端部122bを有する。
シャフト組立体120の内部シャフト124は、近位端部124a及び遠位端部124bを有する。内部シャフト124の近位端部124aは、第1及び第2の入力駆動装置108、110の遠位連結器108b、110bが内部シャフト124の歯車126に回転運動を伝達するように、ハウジング102のそれぞれの第1及び第2の入力駆動装置108、110の両方の遠位連結器108b、110bと噛み合い係合している歯車126、例えば、平歯車を有する。内部シャフト124の遠位端部124bは、そこを長手方向に通るねじ孔128を画定している。シャフト組立体120のロッド130は、内部シャフト124のねじ孔128に螺合的に係合されたねじ外部表面132を有する。シャフト組立体120のロッド130は、ロッド130が回転するのを防止する、それに応じて成形された固定具(明示的に図示せず)内に配設された非円形部分(図示せず)を有する。このように、シャフト組立体120のシャフト124が回転するときに、シャフト組立体120のロッド130は、それと共に回転しないが、代わりに、シャフト124に対して軸方向に並進するか、または動く。
ロッド130のねじ外部表面132は、ロッド130の長さの1インチ当たりおよそ32本の高いねじピッチを有する。ロッド130のねじ外部表面132の高いねじピッチは、シャフト124の1回転当たりのロッド130の高速の軸方向の動きを提供し、最終的に、電気機械式エンドエフェクタ200の顎部材202a、202bの高速の開閉を生じる。
ロッド130は、ハウジング102の遠位端部102bから外部シャフト122の長さを通して延在し、電気機械式エンドエフェクタ200の顎部材202a、202bで終端する。ロッド130の遠位端部(図示せず)は、ロッド130の軸方向の動きが、電気機械式エンドエフェクタ200の顎部材202a、202bの開閉、ならびに電気機械式エンドエフェクタ200のステープル留め機能及び切断機能の動作をもたらすように、エンドエフェクタ200の構成要素に動作可能に連結される。
エンドエフェクタ200の構造及び動作についての詳細な考察については、発明の名称が「SURGICAL STAPLING APPARATUS」である、2004年11月5日に出願された、米国特許第6,953,139号を参照し得、その全体的な内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
使用時、電気機械式エンドエフェクタ200の顎部材202a、202b間の間隙の大きさを変更するために、器具駆動ユニット20は、ロボット外科用器具100に動作可能に連結される。次に、器具駆動ユニット20の第1のモータM1を作動させて、器具駆動ユニット20の第1の出力シャフト22の回転を駆動させる。第1の出力シャフト22の回転が、器具駆動ユニット20の第1の駆動連結器26の機械的インターフェース26aと、ロボット外科用器具100の第1の入力駆動装置108の近位連結器108aとの間の噛み合い係合を介したロボット外科用器具100の第1の入力駆動装置108の回転をもたらす。ロボット外科用器具100の第1の入力駆動装置108の回転が、第1の入力駆動装置108の遠位連結器108bと内部シャフト124の歯車126との噛み合い係合を介したシャフト組立体120の内部シャフト124の時計回りまたは反時計回りのいずれかの回転を駆動させる。
内部シャフト124の回転が、シャフト組立体120のロッド130を、近位方向または遠位方向にシャフト124に対して軸方向に動かす。シャフト124に対するロッド130の近位軸方向の動きが、電気機械式エンドエフェクタ200の顎部材202a、202bの閉鎖を作動させ、シャフト124に対するロッド130の遠位軸方向の動きが、電気機械式エンドエフェクタ200の顎部材202a、202bの開口を作動させる。いくつかの実施形態において、ロッド130の遠位軸方向の動きが、顎部材202a、202bを閉鎖し得、ロッド130の近位軸方向の動きが、顎部材202a、202bを開口し得る。上記のように、ロッド130の高いねじピッチに起因して、顎部材202a、202bは、高速で開閉する。
顎部材202a、202b間に組織がクランプされた状態で、ステープルは、電気機械式エンドエフェクタ200から組織内に発射され得、電気機械式エンドエフェクタ200のナイフ刃は、特定の外科手技を実行するように、組織を通して並進され得る。顎部202a、202b間にクランプされた組織からのシャフト組立体120の内部シャフト124の回転に対する抵抗が増加し、ロッド130のねじピッチが増加する。よって、電気機械式エンドエフェクタ200のステープル留め機能及び/または切断機能を実行するために、第1のモータM1が単独で提供することができるものよりも多くのトルクを必要とし得る。
顎部材202a、202b間にクランプされた組織をステープル留めするために、第2の入力駆動装置110が第1の入力駆動装置108と同じ速度で回転し、第2の入力駆動装置110の遠位連結器110bと、内部シャフト124の歯車126との間にスリップが生じないように、第2のモータM2が第1のモータM1により出力されるトルクと一致するように、十分な量の電力が、器具駆動ユニット20の第2のモータM2に送達される。ロボット外科用器具100の第2の入力駆動装置110の回転が、第1の入力駆動装置108によるシャフト組立体120の内部シャフト124に適用されるトルクを補完する。シャフト組立体120の内部シャフト124の回転は、第1及び第2のモータM1、M2の作動により駆動される、第1及び第2の入力駆動装置108、110の両方により駆動されるため、組織を通したステープル留めまたは組織を通したナイフ刃の動きに対して電気機械式エンドエフェクタ200により経験されるいかなる抵抗も、第2のモータM2により提供される追加のトルクにより解消され得る。第1のモータM1のみの代わりに、第1及び第2のモータM1、M2の両方を作動させて、顎部材202a、202bを開閉し得ることが企図される。
いくつかの実施形態において、シャフト組立体は、回転運動を直線運動へと変換するためのキャプスタン/ワイヤスプール機構を使用する外科用器具へと組み込まれ得る。例えば、この実施形態において、内部シャフト124の歯車126は、周りに巻かれるワイヤ(複数可)またはケーブル(複数可)を有するキャプスタンとして構成され得る。
本明細書に開示されている実施形態に対して種々の変形を行ってもよいことが理解されるだろう。したがって、上の説明は、限定としてではなく、種々の実施形態の単なる例証として解釈されるべきである。当業者であれば、本明細書に添付されている特許請求の範囲の範囲及び主旨内で、他の変形例を想定するだろう。
Claims (19)
- 電気機械式エンドエフェクタを作動させるためのロボット外科用器具であって、
器具駆動ユニットに連結されるように構成された近位端部を有するハウジングと、
前記ハウジング内に回転可能に配設されており、かつ前記器具駆動ユニットの第1のモータに駆動的に連結されるように構成されている、第1の入力駆動装置と、
前記ハウジング内に回転可能に配設されており、かつ前記器具駆動ユニットの第2のモータに駆動的に連結されるように構成されている、第2の入力駆動装置と、
前記ハウジング内から遠位に延在しているシャフト組立体と、を備え、前記シャフト組立体が、
遠位端部、ならびに前記第1及び第2の入力駆動装置に動作可能に連結された近位端部を有するシャフトと、
前記シャフトの前記遠位端部に螺合的に連結された近位端部を有するロッドと、を含み、前記第1及び第2の入力駆動装置の回転が、前記シャフトを回転させて、前記シャフトに対する前記ロッドの軸方向の動きをもたらす、ロボット外科用器具。 - 前記シャフト組立体の前記シャフトが、長手方向軸を画定しており、前記第1及び第2の入力駆動装置が、前記長手方向軸に対して平行に、かつ前記長手方向軸からオフセットされて配向されている、請求項1に記載のロボット外科用器具。
- 前記第1及び第2の入力駆動装置の各々が、歯車を含み、前記シャフト組立体の前記シャフトが、前記第1及び第2の入力駆動装置の各々の前記歯車が前記シャフトの歯車に回転運動を伝達するように、前記第1及び第2の入力駆動装置の各々の前記歯車と動作可能に係合している前記歯車を含む、請求項1に記載のロボット外科用器具。
- 前記シャフトの前記歯車、ならびに前記第1及び第2の入力駆動装置の各々の前記歯車が、平歯車である、請求項3に記載のロボット外科用器具。
- 前記第1及び第2の入力駆動装置の各々が、前記器具駆動ユニットの前記第1のモータ及び前記第2のモータのそれぞれの1つに駆動的に連結されるように構成された連結器を含む、請求項3に記載のロボット外科用器具。
- 前記ロッドの前記近位端部が、前記シャフトの前記遠位端部内に配設されており、かつ前記シャフトが回転するときに回転することを防止される、請求項1に記載のロボット外科用器具。
- 前記シャフト組立体の前記ロッドの遠位端部に動作可能に連結されたエンドエフェクタをさらに備え、前記エンドエフェクタが、一対の対向する顎部材であって、前記ロッドが軸方向に動くと、前記一対の対向する顎部材の間の間隙の大きさが変わり、かつそこからステープルを発射するように構成されている、一対の対向する顎部材を含む、請求項1に記載のロボット外科用器具。
- 前記第1及び第2の入力駆動装置の各々が、歯車を含み、前記シャフト組立体の前記シャフトが、前記第1及び第2の入力駆動装置の各々の前記歯車が前記シャフトの歯車に回転運動を伝達するように、前記第1及び第2の入力駆動装置の各々の前記歯車と動作可能に係合している前記歯車を含む、請求項7に記載のロボット外科用器具。
- ロボットシステムと共に使用するための電気機械式外科用システムであって、
第1のモータ及び第2のモータを含む器具駆動ユニットと、
ロボット外科用器具と、を備え、前記ロボット外科用器具が、
前記器具駆動ユニットに連結されるように構成された近位端部を有するハウジングと、
前記ハウジング内に回転可能に配設されており、かつ前記器具駆動ユニットの前記第1のモータに駆動的に連結されるように構成されている、第1の入力駆動装置と、
前記ハウジング内に回転可能に配設されており、かつ前記器具駆動ユニットの前記第2のモータに駆動的に連結されるように構成されている、第2の入力駆動装置と、
前記ハウジング内から遠位に延在しているシャフト組立体と、を含み、前記シャフト組立体が、
遠位端部、ならびに前記第1及び第2の入力駆動装置に動作可能に連結された近位端部を有するシャフトと、
前記シャフトの前記遠位端部に螺合的に連結された近位端部を有するロッドと、を含み、前記第1及び第2のモータの作動による前記第1及び第2の入力駆動装置の回転が、前記シャフトを回転させて、前記シャフトに対する前記ロッドの軸方向の動きをもたらす、電気機械式外科用システム。 - 前記シャフト組立体の前記シャフトが、長手方向軸を画定しており、前記ロボット外科用器具の前記第1及び第2の入力駆動装置が、前記長手方向軸に対して平行に、かつ前記長手方向軸からオフセットされて配向されている、請求項9に記載の電気機械式外科用システム。
- 前記ロボット外科用器具の前記第1及び第2の入力駆動装置の各々が、歯車を含み、前記シャフト組立体の前記シャフトが、前記第1及び第2の入力駆動装置の各々の前記歯車が前記シャフトの歯車に回転運動を伝達するように、前記第1及び第2の入力駆動装置の各々の前記歯車と動作可能に係合している前記歯車を含む、請求項9に記載の電気機械式外科用システム。
- 前記シャフトの前記歯車ならびに前記第1及び第2の入力駆動装置の各々の前記歯車が、平歯車である、請求項11に記載の電気機械式外科用システム。
- 前記ロボット外科用器具の前記第1及び第2の入力駆動装置の各々が、連結器を含み、前記器具駆動ユニットが、
前記第1のモータから延在しており、かつ前記ロボット外科用器具の前記第1の入力駆動装置の前記連結器に駆動的に連結されるように構成されている、第1の駆動連結器と、
前記第2のモータから延在しており、かつ前記ロボット外科用器具の前記第2の入力駆動装置の前記連結器に駆動的に連結されるように構成されている、第2の駆動連結器と、を含む、請求項9に記載の電気機械式外科用システム。 - 前記ロッドの前記近位端部が、前記シャフトの前記遠位端部内に配設されており、かつ前記シャフトが回転するときに回転することを防止される、請求項9に記載の電気機械式外科用システム。
- 前記ロボット外科用器具が、前記シャフト組立体の前記ロッドの遠位端部に動作可能に連結されたエンドエフェクタをさらに含み、前記エンドエフェクタが、一対の対向する顎部材であって、前記ロッドが軸方向に動くと、前記一対の対向する顎部材の間の間隙の大きさが変わり、かつそこからステープルを発射するように構成されている、一対の対向する顎部材を含む、請求項9に記載の電気機械式外科用システム。
- 前記一対の対向する顎部材からステープルを発射するように、前記器具駆動ユニットの前記第1のモータ及び前記第2のモータを作動させるように構成されたプロセッサをさらに備える、請求項15に記載の電気機械式外科用システム。
- 前記プロセッサが、前記一対の対向する顎部材を動かすように、前記器具駆動ユニットの前記第1または第2のモータのうちの少なくとも一方を独立して作動させるように構成されている、請求項16に記載の電気機械式外科用システム。
- 前記第1のモータ及び前記第2のモータが各々、前記第1のモータ及び前記第2のモータが同時に作動すると、前記第1及び第2のモータが一緒に最大トルク2Tを生成するように、最大トルクTを生成するように構成されている、請求項9に記載の電気機械式外科用システム。
- 前記第1のモータが、マスターモータとして構成されており、前記第2のモータが、前記マスターモータ及びスレーブモータが同調して動作するように、前記マスターモータにより出力されるトルクの量に合わせる前記スレーブモータとして構成されている、請求項9に記載の電気機械式外科用システム。
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